Effektiv fjernvarme i fremtidens energisystem

Effektiv fjernvarme i fremtidens energisystem

Fjernvarmens landsmøde

Aalborg kongrescenter den 30. oktober 2009

Hans Henrik Lindboe Ea Energianalyse a/s

30 års udvikling i Danmark

Kilde: Energistyrelsen

..Og 35 år på verdensplan

Især kul er voldsomt stigende.

Fremtidsscenarier fra IEA (1)

Fremtidsscenarier fra IEA (2)

Tre store drivere på energiområdet:

• Forsyningssikkerhed

– EU er i stigende grad afhængig af energiimport fra få lande. Olie og gas.

– Rusland lukker for gashanerne

• Klima og miljø

– Under 2 grader temperaturstigning – Forsuring (So

og No

)

• Det indre marked (EU)

– Liberalisering af el og gas markeder

Topmøde marts 2007

2020 mål

• 20% bindende CO

målsætning

– 30%, hvis industrilande gennemføre lignende beslutninger

• 20% VE af EU´s samlede energiforbrug

– Kommissionen konkretiserer til nationale mål.

• 10% biobrændstof

– Hvis bæredygtig 2. generation er tilgængelig

• 20% energibesparelser

– Relativt til fremskrivninger

• En fælles energipolitik, fortsat liberalisering,

F&U

Klima- og energipakke

januar 2009

• Målsætninger for 2020 konkretiseret og fordelt på nationale mål

• 2005 er nyt basisår for CO

reduktion

– Der skal reduceres 14% fra 2005-2020 – Mulighed for fleksible mekanismer

• Kvotesektoren, overgår til EU anliggende – KS reducere 21%, landene 10%

– Kvoter i energisektor auktioneres som

hovedregel

• 20% VE (af nettoenergi)

, heraf 10%

transport, bæredygtighedskriterier.

Klimaspørgsmålet

•

Tidligere spørgsmål: Har mennesket indflydelse på klimaet, og hvis ja kan det så betale sig at ændre adfærd ?

•

Konsensus om, at menneskeskabte temperatur-

stigninger kan måles. Advarslerne skærpes for hver gang IPCC udgiver en ”assessment rapport”.

•

Videnskabelig enighed om, at CO2 emissionen som primært kommer fra afbrænding af fossil energi, skal

reduceres med 50% - 80% inden 2050 hvis 2

loftet skal overholdes. Måske er det ikke nok.

•

Økonomer er (stort set) enige om at det bedst kan betale sig at gøre noget ved det hurtigt.

•

Spørgsmålet som også skal drøftes på klimatoopmødet i

Danmark i december: Hvem skal gøre hvad ?

Effektiv fjernvarme i fremtidens energisystem

• Projekt støttet af EFP 2007

– Ea Energianalyse – Risø DTU

– RAM-løse edb

– Referencegruppe fra fjernvarmesektoren

• Formålet:

– at belyse, fjernvarmens mulige rolle i fremtidens energisystem.

– Hvordan samspillet mellem elmarkedet og fjernvarmen kan effektiviseres – Hvilke rammebetingelser der især har betydning for fjernvarmens fortsatte

udvikling og effektivisering?

Referencegruppen

• Inga Thorup Madsen, CTR,

• Carl Hellmers, Fredericia Fjernvarme

• Torkil Kjærsgaard, Skanderborg Fjernvarme,

• Magnus Foged, Københavns Energi,

• Jesper Skovhus Andersen, Ringkøbing Fjernvarme

• John Tang , Dansk Fjernvarme.

• Mads Keller, Dansk Fjernvarme

Arbejdsformen i projektet har især været, at oplæg fra Ea,

Risø og RAM-løse er blevet vurderet og kommenteret af

referencegruppen.

Analysemetode

• Model af el og kraftvarme i Norden og Tyskland

• Teknologikatalog, varmeatlas og omkostninger ved netudvidelser.

• Investeringsmodul der foretager ”optimale”

investeringer (mindst mulige okostninger).

Modellen beregner en markedsligevægt for :

• Produktion af el og fjernvarme

• Forbrug af el og fjernvarme

• International elhandel

• Emissioner

• Investeringer i el- og fjernvarmeproduktion

• Priser

• Samfunds og aktørøkonomi

• Netudvidelser

Data til beregningsmodellen

Varmeatlas

Balmorel Scenario antagelser

Elforbrug

Varmebesparelser

Varmeforbrug og cost-kurver

El og varme er forbundne kar

Elprisen har stor betydning for fjernvarmen

Hvis termiske anlæg ofte sætter elprisen

Hvis vindkraft ofte sætter elprisen

Gennemsnits- elprisen bliver høj,

varme er ofte et billigt

overskudsprodukt,

Gennemsnitselpris en bliver lavere, overskudsvarme

bliver dyrere

Kraftvarme bliver fortsat dominerende,

Fjernvarme klart bedste læsning

Varmepumper bliver mere interessante.

Større konkurrence mellem individuelle og

kollektive løsninger

Elsystemet i Danmark 2009

Et internationalt system

• Elforbrug i Danmark ca. 35 TWh

• Elforbrug i Nordeuropa ca. 1200 TWh

• Nordisk lagerkapacitet ca. 100 TWh

• Vi har ”ellager” til hele Nordeuropa til ca. 30 dages elforsyning

• Varme ca. 230 PJ, 50%

heraf er fjernvarme

Installeret vind: 3200 MW Centrale og dec: 9500 MW Forbindelser: 5500 MW

Et godt grundlag med Varmeplan Danmark

Varmeplan Danmark

• I dag dækker fjernvarmen 46 % af det danske varmebehov.

• Scenarie 1: Fjernvarmen udvides til at dække 53 % ved øget tilslutning i eksisterende fjernvarmeområder.

• Scenarie 2: Fjernvarmen udvides til at dække 63 % ved at tilslutte

naboområder, som i dag primært forsynes med naturgas.

• Scenarie 3: Fjernvarmens udvides til at dække 70 % ved

at tilslutte naturgasområder op til 1 km fra

eksisterende

fjernvarmeområder.

EFP projektet

• Under hvilke forudsætninger er det rentabelt at udvide fjernvarmesystemerne?

• Hvor langt skal man i så fald gå?

• Konkurrenceforholdet imellem individuel og kollektiv

varmeproduktionsteknologi

• Hvad er elmarkedets og

reguleringens indflydelse på de valg der træffes lokalt?

Analyser:

• Grundscenarie 2025. I Grundscenariet dækkes mindst 30 %

af det endelige energiforbrug med VE i 2020 (knap 50% i el- og fjernvarmesektoren), og der gennemføres

energibesparelser svarende til 20 % af det endelige energiforbrug i 2020.

• Besparelsesscenarie 2025. I Besparelsesscenariet

forudsættes, at der gennemføres reduktion af varmebehovet på 45 % i 2025 i forhold til 2006.

• Reguleringsscenarie 2025. Reguleringsscenariet er en

variant at Grundscenariet. Der regnes på samme

forudsætninger som i Grundscenariet - men inklusiv afgifter og tilskud.

• Perspektivscenarie 2050. CO2 emissionen reduceres med

80% i modelområdet

• Case analyser. Ringkøbing fjernvarme og Hovedstadens

kraftvarmesystem

Rammer for fjernvarmen i fremtiden

• Betydelig reduktion af CO2 frem mod 2025 og 2050

• Fri for fossile brændsler på lang sigt

• Muligvis stigende elforbrug

• Sandsynligvis meget mere vindkraft

• Velfungerende internationale markeder for elektricitet,

brændsler og for CO₂

• Omfattende varmebesparelser

• Olie, gas, kul og biomasse bliver alle knappe ressourcer

• Fortsat stigende affaldsmængder til forbrænding

- 50 100 150 200 250

Grundscenarie

TWh

Udbygning af vindkraft

Danmark Finland Tyskland Norge Sverige

Varmeproduktionsomkostninger

teknologivurdering

Netudvidelser

l

Hovedkilde: Varmeplan Danmark

• Mulighed for (a) fortætning i eksisterende områder samt (b) udvidelse af området.

• Fortætning kræver investering i brugerinstallation og stikledning. Netudvidelse kræver dertil investering i transmission samt gadenet.

• Varmeatlas baseret på GIS værktøj udviklet på AU.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 200 400 600 800 1000 1200

mDKK/GWh årsforbrug

GWh årsforbrug

Marginale udvidelsesomkostninger Vestdanmark

Små gasfyrede værker Store gasfyrede værker

Affaldsværker Halmfyrede værker (høj KV-andel) Halmfyrede værker (lav KV-andel) Andet decentralt

Odense Trekantsområdet (TVIS)

Aalborg Århus

Andre centrale områder Mellemstore byer

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

mDKK/GWh årsforbrug

GWh årsforbrug

Marginale udvidelsesomkostninger Østdanmark

Små gasfyrede værker Store gasfyrede værker Halmfyrede værker Affaldsværker

Andet decentralt Andre centrale områder Hovedstaden

Modellens valgmuligheder ved individuelt forsynede områderer

• Den eksisterende forsyning med individuelle naturgasfyr og oliefyr nedskrives lineært på 15 år.

• Det er muligt at installere enten nyt olie- eller naturgasfyr. Naturgas dog kun op til den nuværende installerede kapacitet, da det er

fravalgt at regne på fortætning af naturgasnet eller udlægning af naturgasnet til nybyggeri. Andre individuelle muligheder er

varmepumper, enten luft til vand eller jord til vand systemer.

• Modellen kan også vælge at investere i netudvidelse i forbindelse med eksisterende nærliggende fjernvarmesystem. På dette værk kan der installeres nye kraftvarmeenheder, varmekedler,

varmepumper og varmelagre.

Fjernvarmeområder som er repræsenteret i

modellen

Nuværende varmenet

Maksimal udvidelse

Resultater, konklusioner og

anbefalinger

Elsystemet i Grundscenariet i 2025

• I Tyskland investeres især i kulkraft og vindkraft, og i mindre grad i biomassekraftvarme. (A-kraft er kun tilladt i Finland i modellen)

• I vore nabolande udbygges med i alt godt 22.000 MW vindkraft

• I Danmark investeres kun i landvind (I reguleringsscenariet investeres endvidere i 2000 MW havvind).

• Kondenselproduktion reduceres betydeligt i 2025 i forhold til 2010.

• Elprisen er stigende, vindkraften indpasses effektivt genem markedet.

• Den øgede VE mængde modvirkes CO2-mæssigt i et vist omfang af udfasningen af A-kraft i Tyskland

CO2 indhold i elproduktion i gennemsnit

Investeringer i el- og

varmeproduktion i Danmark

Teknologi MW

Grund Besp. Regulering

Kul KV 460 280 690

Bio KV 200 40 700

Biogas –KV 600 375 690

Affaldkv 100 160 100

VP-kollektiv 300 120 40

VP (L-V) 4600 3300 0

VP (J-V) 0 0 4600

Varmelager (MWh)

2500 3200 2400

Netudvidelser Vestdanmark

12 PJ (68%) i grundscenariet

Netudvidelser Østdanmark

7,5 PJ (40%) i grundscenariet

De tre scenarier i 2025

Resultater fra scenarierne i 2025

• Udvidelse af fjernvarme i Danmark til at dække en større del af den samlede efterspørgsel efter opvarmning end i dag, er et robust

resultat i alle scenarier i 2025.

• Selv med meget ambitiøse varmebesparelser (reduktion på 45%), vil fjernvarmen dække en stigende del af opvarmnuingsbehovet.

• Det eksisterende tilskuds- og afgiftssystem øger investeringer i vindkraft og biomasse betydeligt, og reducererfjerner incitament til investeringer i varmepumper.

• Med det eksisterende tilskuds- og afgiftssystem vil en væsentlig del af kulforbruget blive udskiftet med biomasse.

• Individuel opvarmning omlægges primært til varmepumper og til fjernvarme. Med gældende afgifter investeres i dyre men effektive varmepumper.

Perspektivscenariet i 2050

Perspektivscenariet i 2050

Elsystemet i modelområdet

Resultater fra perspektivscenariet

• Ved krav om 80% CO2 reduktion i 2050 kan

kvoteprisen stige til over 500 kr/ton. CCS og A-kraft (undtagen i Finland) indgår ikke i denne analyse.

• 25% af elproduktionen i Norden og Tyskland er vindkraft, over 10.000 MW i Danmark. En

modelforudsætning er 50% udbygning af transmissionsnettet.

• Individuelt efterspørgsel efter varme dækkes af

varmepumper. Kollektiv efterspørgsel dækkes af

Affald, biogas, biomasse og varmepumper.

Konklusioner

• Kraftvarmebaseret fjernvarme samt omlægning til individuelle varmepumper kan blive et

omkostningseffektivt element i Danmarks

bestræbelser på at nå klimamål og mål for VE.

• Der er sandsynligvis behov for en gentænkning

af den nationale varmeplanlægning, for at de

økonomiske set lavthængende frugter skal

kunne nås i praksis. Flere steder er der god

samfundsøkonomi i at konvertere naturgas til

fjernvarme.

Konklusioner

• Øget vindkraft er ikke en trussel mod fortsat

udbygning med fjernvarme og kraftvarme. Det er dog vigtigt, at kraftvarmen produceres mere

fleksibelt. Fleksibiliteten øges gennem øget brug af varmelagre, elpatroner og varmepumper.

• Den samfundsøkonomiske værdi af

varmebesparelser i bebyggelser i kraftvarme- områder vil ofte være betydeligt lavere end omkostningerne ved at gennemføre

besparelserne. Casestudiet i

Hovedstadsområdet viste, at varmebesparelser der koster mere end ca. 100 kr./GJ ikke er

samfundsøkonomiske i 2025.

Konklusioner

• Der er god samfundsøkonomi i biogaskraftvarme som et vigtigt element til at nå målene, når CO2 værdien af

metan indregnes.

• Samfundsøkonomien i fjernvarmebaseret køling kan være positiv i områder med meget lave

varmeproduktionsomkostninger om sommeren.

• Der bør tages forbehold for, at modellen ukritisk vælger

de mest økonomiske løsninger – der bliver i modellens

verden ikke plads til de ”næstbedste” løsninger.

Anbefalinger

• Afgifter og tilskud har stor betydning og bør understøtte de langsigtede investeringer og driftsformer der er bedst samfundsøkonomisk set.

Afgifter er en barriere for bl.a. varmepumper. Andre studier viser, at dynamiske afgifter kan bidrage til udvikling af det dynamiske elsystem.

• Fjernvarmenettene udgør en vigtig del af den infrastruktur der er en forudsætning for det dynamiske og effektive energisystem. Med en høj VE andel. Investeringer i denne dynamik i form af varmelagre,

ooganlæg der er velegnede til at levere reguleringsydelser, kræver tillid til at dette bliver et behov i fremtiden. Energinet.dk kan bidrage ved tydeligt at fremlægge sin vurdering af fremtidens behov for, og pris på, reguleringsydelser.

• Beregningerne viser, at en meget stor del af fremtidens

fjernvarmeforsyning vil blive baseret på VE. Med det eksisterende

afgiftssystem vil statens afgiftsprovenuet derfor falde betydeligt over tid.

Det anbefales derfor at der skabes klarhed over et fremtidigt

afgiftssystem der sikre den nødvendige sikkerhed for de investeringer som skal foretages.

Særlige behov for

demonstrationsprojekter som er drøftet i projektet

•

Lavtemperaturfjernvarme i nye udstykninger – herunder

ændret brugsvandsdimensionering vedr. effekt og temperatur.

Nødvendigt med særligt opfølgningsprogram vedr. sundhed (legionella).

•

Varmepumper til udnyttelse af f.eks. fjordvand og i tilknytning til overskudsvarme med lav temperatur. Behov for

demonstration af både teknik men især økonomi.

•

Øget fleksibilitet i biogasproduktion, for at øge værdien af gassen

•

Fjernvarmebaseret køling/ventilation

•

Lokal varmeproduktion med varmeleverance til det fælles net.

Varmemåleren skal kunne ”løbe baglæns”.

•

Sæsonlagring – hvad koster det at gemme varmen til vinter?

Tak for opmærksomheden.